COVID-19 mu nie straszny. Zwalcza koronawirusa i dezynfekuje magazyn żywności

Dlatego właśnie naukowcy z Laboratorium Informatyki i Sztucznej Inteligencji (CSAIL) Massachusetts Institute of Technology wspólnie z Ava Robotics oraz Bankiem Żywności Greater Boston Food Bank (GBFB) opracowali nowy system robotyczny, który skutecznie dezynfekuje powierzchnie i neutralizuje koronawirusy w formie aerozolu. Wykorzystano do tego opracowaną przez CSAIL lampę UVC zintegrowaną z mobilną podstawą robota Ava Robotics. Wyniki były na tyle zachęcające, że naukowcy stwierdzili przydatność rozwiązania do celów autonomicznej dezynfekcji z użyciem promieniowania UV w innych otoczeniach, takich jak fabryki, restauracje i supermarkety. 

Promieniowanie UVC okazało się skuteczne w zabijaniu wirusów i bakterii na powierzchniach i w postaci aerozoli, jednak ekspozycja na nie jest niebezpieczna dla ludzi. Na szczęście telerobot Ava może pracować bez nadzoru człowieka. Zespół zdemontował górną część, w której zwykle mieści się wyświetlacz, i zastąpił ją układem dezynfekującym UVC, który wykorzystuje ultrafioletowe światło o krótkiej długości fali do zabijania mikroorganizmów i niszczenia ich DNA w procesie zwanym „napromieniowaniem bakteriobójczym UV”.

System robotyczny potrafi mapować przestrzeń – w tym przypadku magazyn GBFB – i poruszać się między punktami orientacyjnymi i innymi określonymi obszarami. W ramach testów systemu zespół wykorzystał dozymetr UVC, potwierdzając, że robot generuje wystarczającą dawkę światła UVC, obliczoną na podstawie modelu.

Banki żywności mają podstawowe znaczenie dla naszych społeczności, dlatego tak ważne jest utrzymanie ciągłości ich pracy” – powiedziała Alyssa Pierson, naukowiec z CSAIL i szefowa zespołu pracującego nad lampą UVC. „W tym przypadku stawką było zwiększenie wydajności dezynfekcji i ograniczenie ryzyka narażenia na COVID-19”. 

W pół godziny kilkaset metrów odkażone

Podczas testów w GBFB robot przemieszczał się pomiędzy paletami i regałami z prędkością około 350 metrów na godzinę. Oznacza to, że może on zdezynfekować powierzchnię magazynu GBFB (370 mkw) w ciągu pół godziny. Dawka UVC dostarczona w tym czasie neutralizuje około 90 proc. koronawirusów na powierzchniach, przy czym dla wielu powierzchni ta dawka jest wyższa, co oznacza wyższą skuteczność neutralizacji.

Zobacz jak działa Robot CSAIL

Zazwyczaj ultrafioletowe lampy bakteriobójcze są stosowane głównie w szpitalach i placówkach medycznych, w celu sterylizacji sali pacjentów i powstrzymania rozprzestrzeniania się mikroorganizmów takich jak MRSA i C. difficile. Światło UVC działa również na patogeny przenoszone drogą powietrzną. Największą skuteczność ma napromieniowanie „w linii wzroku”, jednak światło odbite od powierzchni jest w stanie dotrzeć również do niewidocznych zakamarków. 

Dysponujemy względnie nowym, bo 10-letnim, magazynem żywności, mamy certyfikat czystości AIB i spełniamy standardy bezpieczeństwa żywności” – tłumaczy Catherine D’Amato, prezes i dyrektor operacyjna GBFB.

„COVID-19 to nowy patogen, z którym GBFB i reszta świata nie były w stanie sobie poradzić. Cieszymy się z możliwości współpracy z MIT CSAIL i Ava Robotics, dzięki temu mamy możliwość poprawy naszych technik sanitarnych, aby pokonać obecne zagrożenie” – dodaje Catherine D’Amato.

Robot CSAIL musi zmierzyć się ze zmieniającym się otoczeniem

Najpierw zespół obsługiwał robota na odległość, aby nauczyć go trasy wokół magazynu – robot jako urządzenie autonomiczne jest w stanie poruszać się samodzielnie, tzn. zespół nie musi nim zdalnie nawigować. 

Maszyna porusza się według punktów orientacyjnych na mapie, np. potrafi przemieścić się do doku załadunkowego, następnie na piętro spedycyjne magazynu, a potem z powrotem do bazy. Punkty trasy są dodawane przez człowieka w trybie teleobsługi. Można je uzupełniać według potrzeb. 

W przypadku magazynu GBFB obszar wysyłki został zidentyfikowany jako krytyczny z punktu widzenia czynności dezynfekcyjnych. Każdego dnia pracownicy układają całe rzędy produktów i przygotowują je do nawet 50 odbiorów przez ciężarówki rozwożące towar. Koncentracja na obszarze wysyłkowym oznacza, że produkty opuszczające magazyn stwarzają mniejsze ryzyko zakażenia społeczności koronawirusem.

Obecnie zespół pracuje nad wykorzystaniem czujników dostępnych w ramach systemu do dostosowania go do zmian w otoczeniu, tak by robot aplikował zalecaną dawkę promieniowania w przypadku nowych obiektów i powierzchni. 

Prawdziwym wyzwaniem jest to, że obszar wysyłki towarów nieustannie się zmienia, więc każdego dnia robot porusza się w nieco innym otoczeniu. Po uruchomieniu robot nie wie, które regały są zapełnione towarem i w jakim stopniu. Z tego względu zespół chce nauczyć robota rozróżniać alejki wypełnione produktami od tych pustych, tak by zapewnić optymalne planowanie trasy.

Robot CSAIL narodził się w domowych warsztatach

Jeśli chodzi o proces produkcji prototypu, zdecydowanie w tym przypadku była to „produkcja własna”. Lampy UVC powstały w piwnicy Alyssy Pierson, a doktorant z instytutu CSAIL, Jonathan Romanishin, stworzył we własnym mieszkaniu prowizoryczny warsztat, w którym pracował nad obwodami drukowanymi. 

Podczas testów robota w banku żywności badamy również nowe zasady kontroli, które pozwolą robotowi dostosować się do zmian w otoczeniu i zapewnią, że wszystkie obszary otrzymają odpowiednią dawkę promieniowania” – komentuje Alyssa Pierson. „Stawiamy na pracę zdalną przy minimum nadzoru ze strony człowieka, aby ograniczyć ryzyko rozprzestrzeniania się COVID-19 podczas obsługi systemu” – podkreśla. 

W najbliższym czasie zespół chce zwiększyć funkcjonalność robota w GBFB oraz poprawić jego konstrukcję. W dalszej perspektywie celem jest sprawienie, by tego typu systemy lepiej dostosowywały się do naszego świata, tj. dynamicznie zmieniały plan pracy w oparciu o szacunkowe dawki UVC, radziły sobie w nowym otoczeniu i potrafiły pracować w ramach skoordynowanych ze sobą zespołów robotów.

Cieszymy się, że robot do dezynfekcji UVC wspiera naszą społeczność w tych ciężkich czasach” – powiedziała Daniela Rus, dyrektor CSAIL i szefowa projektu.

Obecnie zespół koncentruje się na GBFB, chociaż opracowywane algorytmy i systemy mogą w przyszłości być wykorzystywane w innych lokalizacjach, takich jak magazyny, sklepy spożywcze i szkoły. 

MIT to doskonały partner do współpracy – cała integracja zajęła nam zaledwie cztery tygodnie” – podsumował Youssef Saleh, dyrektor operacyjny Ava Robotics.

Fot. Alyssa Pierson, MIT CSAIL